[发明专利]运动对象透过散射层成像模型及追踪方法和存储介质

权利要求书

1.一种运动对象透过散射层成像模型及追踪方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:采用相机平行于散射层拍摄视频，对所述散射层和运动对象所在区域采样；

S2:通过所述散射层的参数建立所述运动对象的表面坐标与散射层上各点亮度之间的关系；

S3:建立时间相关的所述运动对象透过散射层成像的正向线性模型；

S4：利用最大后验估计建立反向求解的优化模型，输出运动对象的三维运动轨迹；

在运动对象透过散射层成像的实际系统中建立三维笛卡尔坐标系Oxyz，固定坐标原点O为散射层底边中点，设散射层所在平面为xy平面，运动对象所在空间为z轴正方向区域；

将散射层后运动对象所在区域剖分为体素空间V＝{v₁,…,v_N}，各体素的坐标由其中心点坐标代替；

获取所述相机的内外参对应的单应性矩阵，并依据所述单应性矩阵对拍摄的所述视频做畸变校正；

所述散射层的参数包括双向透射分布函数、透射系数；

对于只发生单次散射的薄散射层，光线穿过其表面两侧的透射点与入射点重合，因此，基于双向透射分布函数的定义，对于散射层上p点发出的透射光，其辐射率L_o(p,v_o)为入射光辐照度L_i、透射率a(p)、以及双向透射分布函数β的函数，具体表达式如下：

L_o(p,v_o)＝a(p)∫(v_i·n)β(v_i,v_o,p)L_i(p,v_i)dv_i

其中，v_i和v_o分别指示入射光和透射光的单位方向向量，n为单位法向向量；

假设n＝(0,0,1)，设运动对象表面的数学表示为曲面C，对于其上任一点s，到点p入射光线的单位方向向量记上式可改写为：

为描述运动对象空间位置随时间的变化，给上式加上时间变量t得到时间相关的散射层上各点亮度与运动对象表面坐标之间的积分关系式：

2.如权利要求1所述的运动对象透过散射层成像模型及追踪方法，其特征在于，将运动对象s作为点光源处理，此时散射层上p点会接收到一束来自于点光源的入射光，对于p点发出的透射光，其辐射率L_o(p,v_o)的表达式退化为：

L_o(p,v_o)＝a(p)(v_i·n)β(v_i,v_o,p)L_i(p,v_i)

进一步改写为：

根据点光源辐照度的定义，有：

其中，Φ是点光源s的发光功率；

假设发光功率Φ与时间变量t无关，将点光源辐照度的定义代入辐射率表达式并加上时间变量t得到：

在任一时刻t下，将体素v_n坐标作为点光源s坐标代入式，得到体素点光源v_n对散射层亮度的贡献为：

其中，体素v_n坐标为(v_nx,v_ny,v_nz)，y(p,t)是所述相机拍摄图像中散射层各采样点对应亮度集L_o(p,v_o(t))；

将所述运动对象透过散射层的透射光场等效于有限个运动对象表面体素作为运动点光源v_n,n∈S(t)，具体表达式如下：

其中，S(t)表示t时刻下运动对象表面体素的下标集。